2018年6月
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浅析汽车车身用NVH声学包装材料现在的位置:主页 > 浅析汽车车身用NVH声学包装材料

目前,世界各大跨国汽车公司均在汽车研发流程的各个阶段,将汽车的NVH性能等同于安全性、燃油经济性和排放等性能,进行设计和控制。在世界著名的汽车质量评估机构J. D. Power 评估汽车质量性能指标中有近1/3的质量指标与汽车的NVH直接相关。随着我国汽车产业的跨越式发展,汽车的大众化和普及以及中国汽车顾客群的成熟,人们对作为顾客可直接感受的汽车的NVH性能的要求将越来越高。

汽车车身用NVH声学包装材料按作用分为三大类:阻尼减振材料、吸音隔音材料和阻隔密封材料。本文分别阐述其性能及应用。


阻尼减振材料

车身板结构很容易被外界激励起来,然后板对车内辐射噪声。阻尼消耗了激励力所做的一部分功而使得振动幅值降低,阻尼另一个关键作用是抑制共振。

阻尼材料的最佳使用频率范围是200~500 Hz。在宽温度范围和宽频率范围内,都具备高损耗因子,是最理想的选择。

1.补强胶片
补强胶片是一种以环氧树脂为主的合成材料,具有3层复合材料,最上层为玻璃纤维骨架材料,中间是以环氧树脂/橡胶为基材的粘接层,底层为防粘纸。补强胶片很容易地粘贴在钢板表面,经过高温烘烤后,硬化发泡,就像一块钢板贴在板件上,可以有效的提高板件局部的刚度。加强减振材料的作用原理,就是通过材料的使用来提高车身钢板的刚度,从而提高其固有频率,达到避免共振,降低噪声的作用。

2.沥青类阻尼胶片
沥青类阻尼胶片是在以沥青为基材的材料中加入石墨、锯末、石蜡及甲苯等有机和无机填料混合而成的胶片。按照安装方式主要分为热熔型阻尼胶片、磁吸型阻尼胶片和自粘型阻尼胶片。热熔型阻尼胶片主要应用在车身地板上,其特点是熔点低,加热后会有一定流动性,当通过涂装线烘烤时材料熔化,冷却后便会牢固地粘贴在地板上。磁吸型阻尼胶片是在沥青主体材料中添加一些磁粉,使其具备一定的磁性,通常用在门板、侧围、顶棚以及轮毂包上,由于这些部位是垂直的、有斜度的、有弧面的,所以使用磁性材料使其附着在钢板上。与热熔型阻尼胶片合成类似,磁吸型阻尼胶片通过涂装线烘烤后熔化,冷却后牢固地与钢板贴合在一起。自粘型阻尼胶片表面有一层压敏胶(热熔胶),并覆盖一张保护纸,使用的时候,将保护纸去掉,把阻尼材料直接贴在车身上,这种材料用在车身板、前围板以及轮毂包等地方。

3.橡胶类阻尼胶片
由于沥青类阻尼胶片不环保、重量重且还需要烘烤等缺点,目前正逐步被其他阻尼材料所替代,橡胶类阻尼胶片以丁基橡胶+铝箔为主体材料,表面覆有一层压敏胶,直接粘贴在车身上,无需烘烤,由于使用的方便性,在汽车开发过程中,橡胶类阻尼胶片得到了广泛应用。

橡胶类阻尼胶片的性能好,在达到同等效果的前提下,使用丁基阻尼的重量为沥青的40%~70%,丁基阻尼的无味性及低VOC性也与传统沥青的致癌性形成了鲜明对比。

4.喷涂类阻尼材料
喷涂类阻尼材料分为两种:一种是目前广泛应用的PVC防石击涂料,这种材料应用在轮毂包、地板底侧等地方,来降低石头打击和溅水声;另一种是可喷涂的液态阻尼材料LASD(Liquid Applied Sound Damping),这是一种新型的阻尼材料,普遍采用机器人自动喷涂,具有清洁环保、设计柔性好且施工便利等特点,目前已在部分乘用车车型上应用。


吸音隔音材料

吸音隔音材料在总装工序中应用,通过卡扣或胶粘剂与相关部件贴合,车身上极少单独使用隔音材料,它通常与吸音材料组合一起使用, 绝大多数声学包装材料都是吸音和隔音材料的组合应用处理。车身用吸音隔音材料主要种类如表1。

表1  车身用吸音隔音材料种类


车身与发动机舱连接的部位需重点考虑吸音隔音材料的应用,以隔绝吸收发动机传入车内的噪声,如乘用车前围、货车地板和客车后五人座,使用的吸音隔音材料种类为:主体材料(玻璃纤维、毛毡、PE和PU等)+ 表面材料(无纺布、铝箔和EVA等)。此外,车身内饰如座椅、地毯及内衬等设计时均要考虑其吸隔音性能,以减少外界传入车内的噪声。

评价吸隔音材料性能的参数为吸声系数或隔声量时,材料的吸音性能越好,隔声量数值越大,说明材料隔绝声音的能力越强,材料的隔声性能越好。材料的吸声系数或隔声量是随声音频率而变化的,当频率大于250 Hz,吸隔音材料才有实质性的作用,因此吸隔音材料不能解决低频噪声问题,只能解决中高频的车内噪声问题。

吸声系数或隔声量除了与材料本身性能(如流阻、孔隙率及结构因子)有关外,与厚度和密度也有关系。厚度增加,吸声系数增加,特别是在中低频段。但是厚度增加到一定的值之后,吸声系数增加量就开始减少。在车身上,声学包装材料的厚度一般不超过30 mm。在这个厚度范围内,增加厚度对提高吸声系数是有益的。在设计内饰结构时,要尽可能地给声学材料留下足够大的空间。体积密度一样的不同材料,其吸声系数可能不同。一定的体积密度对某种吸声材料能达到最佳的吸声效果,但是对另一种吸声材料的效果不一定合适,因此对不同的材料有不同的最佳体积密度。


阻隔密封材料

焊接完成后的白车身侧围上存在一些封闭的箱体加强梁结构,即所谓的“旁路空腔结构”,如A/B/C柱、门槛、前围和侧围等。旁路空腔结构会传递车外噪声,当汽车高速行驶时,这些空腔中还会产生高速气流,气流与空腔障碍物发生摩擦,从而在空腔壁处形成涡流,产生湍动气流噪声;湍动气流会引起空腔板金件共振,从而产生共振噪声。值得注意的是,这时的旁路空腔就象乐器的共鸣箱,会引起空腔噪声的共鸣,有放大噪声的作用。因此在旁路空腔结构内应用阻隔发泡材料,以阻隔噪声在梁空腔内的串通,从而阻止其对车内的传递。

阻隔材料使用膨胀材料,主要有四类,具体见表2。

表2 车身用阻隔材料种类


表3  车身用堵塞种类


影响阻隔材料NVH性能的因素有发泡倍率、吸声系数和隔声量,其填充越好,吸声系数或隔声量越大,阻隔性能就越好。

由于车身有系列的工艺孔、装配过孔,需要使用堵塞进行密封,堵塞要求具有良好的防水、防尘、吸音以及隔音性能,堵塞的形式和材料需要根据耐高温、耐老化、耐油、耐溶剂等使用环境以及装饰要求来确定,详见表3。

总结
整车NVH控制需要多学科的专业知识,主动控制主要是降低发动机、变速器等零部件的噪声水平,从而优化外流场,降低风噪等,而在车身上应用NVH声学包装材料则是被动降噪的一种方法。通过分析车内噪声的特征,在不同部位应用不同的NVH材料,对于低频噪声的控制,采用增强材料或者阻尼材料来降低板结构的振动;对于中高频噪声,采用吸隔音材料进行控制。利用各种NVH声学包装材料来阻隔噪声的传递,降低驾驶室内的噪声,提高舒适性。




 

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